KR20100119871A - Photovoltaic cell and substrate for photovoltaic cell - Google Patents
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Abstract
본 발명은 흡수성 광전 물질, 특히 카드뮴계 광전 물질을 포함하는 광전지(1)에 관한 것이며, 상기 광전지는 전면 기재(10), 특히 투명한 유리 기재를 포함하고, 상기 기재는 주 표면에, 특히 은 기재의 하나 이상의 금속성 기능층(40) 및 둘 이상의 반사방지 코팅(20, 60)을 포함하는 박층 스택을 포함하는 투명 전극 코팅(100)을 구비하고, 상기 반사방지 코팅은 하나 이상의 반사방지층(24, 26; 66, 68)을 각각 포함하고, 상기 기능층(40)은 두 반사방지 코팅들(20, 60) 사이에 배치되고, 기재로부터 반대측 상에서 금속성 기능층(40) 상에 배치된 반사방지 코팅(60)은 둘 이상의 반사 방지층(66, 68)을 포함하고, 금속성 기능층(40)으로부터 가장 먼 반사방지층(68)은 금속성 기능층(40)에 가장 가까운 반사방지층(66)보다 더 저항성인 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a photovoltaic cell (1) comprising an absorptive photovoltaic material, in particular a cadmium-based photovoltaic material, the photovoltaic cell comprising a front substrate 10, in particular a transparent glass substrate, the substrate being on a major surface, in particular a silver substrate A transparent electrode coating 100 comprising a thin stack comprising at least one metallic functional layer 40 and at least two antireflective coatings 20, 60, wherein the antireflective coating comprises at least one antireflective layer 24, 26; 66, 68, respectively, wherein the functional layer 40 is disposed between the two antireflective coatings 20, 60, and is disposed on the metallic functional layer 40 on the opposite side from the substrate. 60 includes two or more antireflective layers 66, 68, wherein the antireflective layer 68 furthest from the metallic functional layer 40 is more resistant than the antireflective layer 66 closest to the metallic functional layer 40. It is characterized by.
Description
본 발명은 광전지 전면 기재, 특히 투명 유리 기재와 이러한 기재를 포함하는 광전지에 관한 것이다.The present invention relates to photovoltaic front substrates, in particular transparent glass substrates and photovoltaic cells comprising such substrates.
광전지에서, 입사 방사선의 효과를 통해 전기 에너지를 생성하는 광전 물질을 갖는 광전 시스템이 배면판 기재와 전면 기재 사이에 배치되며, 이 전면 기재는 입사 방사선이 광전 물질에 도달하기 전에 통과하는 첫번째 기재이다.In photovoltaic cells, a photovoltaic system having a photovoltaic material that generates electrical energy through the effect of incident radiation is disposed between the backplate substrate and the front substrate, which is the first substrate to pass before the incident radiation reaches the photovoltaic material. .
광전지에서, 전면 기재는, 일반적으로 광전 물질을 향해 돌려진 주 표면 아래에, 입사 방사선의 주요 도달 방향이 상면을 경유하는 것으로 간주할 경우 아래쪽에 배치된 광전 물질과 전기적으로 접촉하는 투명한 전극 코팅을 갖는다.In photovoltaic cells, the front substrate generally has a transparent electrode coating below the major surface that is turned towards the photoelectric material, which is in electrical contact with the photoelectric material disposed below if the main direction of arrival of the incident radiation is assumed to pass via the top surface. Have
따라서, 상기 전면 전극 코팅은 일반적으로 광전지의 네가티브 단자를 구성한다.Thus, the front electrode coating generally constitutes the negative terminal of the photovoltaic cell.
물론, 광전지는 배면판 기재의 방향으로 광전지의 포지티브 단자를 구성하는 전극 코팅도 갖지만, 일반적으로 배면판 기재의 전극 코팅은 투명하지 않다.Of course, the photovoltaic cell also has an electrode coating that constitutes the positive terminal of the photovoltaic cell in the direction of the backplate substrate, but generally the electrode coating of the backplate substrate is not transparent.
본 발명의 맥락에서, "광전지"라는 용어는 태양열복사 전환에 의해 그 전극들 사이에서 전류를 생성하는 구성 요소들의 임의의 어셈블리를 의미하는 것으로 이해해야 하며, 이 어셈블리의 치수, 생성되는 전류의 강도 및 전압, 특히 이 구성 요소들의 어셈블리가 하나 이상의 내부 전기 접속(직렬 및/또는 병렬)을 갖는지의 여부는 상관이 없다. 그러므로, 본 발명의 맥락에서 "광전지"의 개념은 "광전 모듈" 또는 "광전 패널"의 개념과 동등하다.In the context of the present invention, the term "photovoltaic cell" should be understood to mean any assembly of components that generate a current between their electrodes by solar radiation conversion, and the dimensions of this assembly, the strength of the generated current and It does not matter whether the voltage, in particular the assembly of these components, has one or more internal electrical connections (serial and / or parallel). Therefore, the concept of "photocell" in the context of the present invention is equivalent to the concept of "photovoltaic module" or "photovoltaic panel".
전면 기재의 투명 전극 코팅에 통상적으로 사용되는 물질은 일반적으로 TCO(transparent conductive oxide, 투명 전도성 산화물)계 물질, 예를 들면 인듐 주석 산화물(ITO)계, 또는 알루미늄 도핑된 산화아연(ZnO:Al)계 또는 붕소 도핑된 산화아연(ZnO:B)계, 또는 불소 도핑된 산화주석(SnO2:F)계 물질이다.Materials commonly used for transparent electrode coating of front substrates are generally transparent conductive oxide (TCO) based materials, such as indium tin oxide (ITO) based, or aluminum doped zinc oxide (ZnO: Al). Or boron doped zinc oxide (ZnO: B) based, or fluorine doped tin oxide (SnO 2 : F) based materials.
상기 물질들은 화학적으로, 예를 들면 CVD(화학 증착), 선택적으로 PECVD(플라즈마 증진 CVD)에 의해, 또는 물리적으로, 예를 들면 캐쏘드 스퍼터링, 선택적으로 마그네트론 스퍼터링(즉, 자기 증진 스퍼터링)에 의한 진공 증착에 의해 침착된다.The materials may be chemically, for example by CVD (chemical vapor deposition), optionally by PECVD (plasma enhanced CVD), or physically, for example by cathode sputtering, optionally by magnetron sputtering (ie, magnetically enhanced sputtering). Deposited by vacuum deposition.
그러나, 목적하는 전기 전도도 또는 목적하는 낮은 저항을 얻기 위해서, TCO계 물질로 제조된 전극 코팅은 대략 500 내지 1000 nm 및 심지어 때론 그 이상의 비교적 두꺼운 물리적 두께로 침착되어야 하며, 이러한 물질들의 비용을 고려할 때 상기 물질을 이와 같은 두께를 갖는 층으로 침착시킬 경우 비용이 많이 들게 된다.However, in order to obtain the desired electrical conductivity or the desired low resistance, electrode coatings made of TCO-based materials must be deposited at relatively thick physical thicknesses of approximately 500 to 1000 nm and sometimes even higher, given the cost of these materials. Deposition of the material into a layer having such a thickness would be costly.
증착 공정이 열원을 필요로 할 경우에는, 제조 비용이 더욱 상승한다.If the deposition process requires a heat source, the manufacturing cost is further increased.
TCO계 물질로 제조된 전극 코팅의 또 다른 주요 단점은, 선택된 물질에 대하여, 최종적으로 얻어지는 전기 전도도와 최종적으로 얻어지는 투명도 사이에서 항상 절충이 되도록 물리적 두께가 정해진다는 사실에 있는데, 그 이유는 물리적 두께가 클수록 전도도는 더 높지만 투명도는 더 낮은 반면, 역으로 물리적 두께가 작을수록, 투명도는 더 높지만 전도도는 더 낮기 때문이다.Another major drawback of electrode coatings made from TCO-based materials is the fact that, for selected materials, the physical thickness is determined so that there is always a compromise between the final resulting electrical conductivity and the final resulting transparency. The larger the higher the conductivity but the lower the transparency, conversely the smaller the physical thickness, the higher the transparency but the lower the conductivity.
그러므로, TCO계 물질로 제조된 전극 코팅으로는 전극 코팅의 전도도와 그의 투명도를 독립적으로 최적화할 수가 없다.Therefore, electrode coatings made of TCO-based materials cannot independently optimize the conductivity and its transparency of the electrode coating.
종래 기술인 국제 특허 출원 WO 01/43204호는 광전지의 제조 방법을 교시하고 있으며, 이 방법에서는 투명 전극 코팅이 TCO계 물질로 제조되는 것이 아니라 전면 기재의 주 표면 상에 침착되는 박막 스택(stack)으로 이루어지며, 상기 코팅은 특히 은 기재의 하나 이상의 금속성 기능층 및 둘 이상의 반사방지 코팅을 포함하고, 상기 반사방지 코팅은 각각 하나 이상의 반사방지층을 포함하고, 상기 기능층은 상기 두 반사방지 코팅 사이에 배치된다.The prior art international patent application WO 01/43204 teaches a method of making a photovoltaic cell, in which the transparent electrode coating is not made of a TCO-based material, but rather a thin film stack deposited on the main surface of the front substrate. Wherein the coating comprises in particular at least one metallic functional layer of silver substrate and at least two antireflective coatings, each of the antireflective coatings comprising at least one antireflective layer, the functional layer being between the two antireflective coatings Is placed.
상기 방법은 산화물 또는 질화물로 제조된 하나 이상의 고굴절층이, 위로부터 전지에 진입하는 입사광의 방향을 고려할 때, 금속성 기능층의 아래와 광전 물질의 위에 침착될 수 있다는 점에 의의가 있다.The method is meaningful in that one or more high refractive layers made of oxides or nitrides can be deposited below the metallic functional layer and above the photovoltaic material, given the direction of incident light entering the cell from above.
상기 국제 특허 출원 공보에 제공된 예시적인 실시양태에서, 금속성 기능층의 양면에 배치된 두 반사방지 코팅, 즉 기재의 방향으로 금속성 기능층의 아래에 배치된 반사방지 코팅 및 기재로부터 반대측 상에서 금속성 기능층의 위에 배치된 반사방지 코팅은 각각 고굴절성 물질, 이 경우에는 산화아연(ZnO) 또는 질화규소(Si3N4)로 제조된 하나 이상의 층을 포함한다.In the exemplary embodiment provided in the above international patent application publication, two antireflective coatings disposed on both sides of the metallic functional layer, ie an antireflective coating disposed below the metallic functional layer in the direction of the substrate and the metallic functional layer on the opposite side from the substrate The antireflective coating disposed thereon comprises at least one layer each made of a highly refractive material, in this case zinc oxide (ZnO) or silicon nitride (Si 3 N 4 ).
그러나, 이러한 해결 수단은 더욱 개선될 수 있다.However, this solution can be further improved.
종래 기술은 카드뮴계 흡수성 광전 물질을 갖는 광전지에 관한 것인 미국 특허 US 6 169 246을 또한 개시하고, 상기 전지는 주 표면 상에 TCO(투명 전도성 산화물)로 구성된 투명 전극 코팅을 가진 투명 유리 전면 기재를 포함한다.The prior art also discloses US Patent US 6 169 246, which relates to a photovoltaic cell having a cadmium-based absorbing photovoltaic material, said cell having a transparent glass front substrate having a transparent electrode coating composed of a transparent conductive oxide (TCO) on a major surface thereof. It includes.
상기 특허에 따르면, 주석산아연으로 이루어진 버퍼층이 TCO 전극 코팅 상에 그리고 광전 물질 아래에 개재되므로 상기 버퍼층은 TCO 전극 코팅이나 광전 물질의 일부를 형성하지 않는다.According to this patent, the buffer layer does not form part of the TCO electrode coating or photovoltaic material since a buffer layer made of zinc stannate is interposed on and under the photoelectric material.
본 발명의 중요한 목적은 전극 코팅과 광전 물질, 특히 카드뮴계 물질 사이에 전하 이동이 쉽게 제어되도록 하여, 전지의 효율을 개선시키는 것이다.An important object of the present invention is to improve the efficiency of the cell by making charge transfer easily between the electrode coating and the photovoltaic material, in particular cadmium-based material.
또한, 다른 중요한 목적은 제조하기 간편하고 산업적 규모로 제조하기에 가능한 비용이 덜 드는 투명 박막계 전극 코팅을 제조하는 것이다.Another important object is also to produce transparent thin film based electrode coatings which are simple to manufacture and which are as inexpensive to produce on an industrial scale.
그러므로, 청구항 1에 청구된 바와 같이, 본 발명의 하나의 청구 대상은 포괄적으로는 흡수성 광전 물질, 특히 카드뮴계 물질을 갖는 광전지이다. 이 전지는 주 표면 상에, 특히 은 기재의 하나 이상의 금속성 기능층 및 둘 이상의 반사방지 코팅을 포함하는 박막 스택으로 이루어진 투명 전극 코팅을 갖는 전면 기재, 특히 투명 유리 기재를 포함하고, 상기 반사방지 코팅은 각각 하나 이상의 반사방지층을 포함하고, 상기 기능층은 두 반사방지 코팅 사이에 배치되고, 기재로부터 반대측 상의 금속성 기능층 위에 배치된 반사방지 코팅은 둘 이상의 반사방지층을 포함하고, 금속성 기능층으로부터 가장 먼 반사방치층은 금속성 기능층에 가장 가까운 반사방지층 보다 더 저항성인 것을 특징으로 한다.Therefore, as claimed in
비저항(resistivity) ρ는 층의 □당 저항 R□와 그의 실제 두께의 곱에 해당한다.The resistivity ρ corresponds to the product of the resistance R □ per layer □ of the layer and its actual thickness.
본 발명의 바람직한 변경양태에서, 금속성 기능층으로부터 가장 먼 반사방지층은 금속성 기능층에 가장 가까운 반사방지층의 비저항의 5배 이상, 또는 심지어 10배 이상, 또는 심지어 50배 이상, 또는 심지어 100배 이상, 심지어 200배 이상, 또는 500배 이상, 또는 심지어 1000배 이상의 비저항을 갖는다.In a preferred variant of the invention, the antireflective layer furthest from the metallic functional layer is at least 5 times, or even at least 10, or even at least 50, or even at least 100 times the resistivity of the antireflective layer closest to the metallic functional layer, Even at least 200 times, or at least 500 times, or even at least 1000 times.
금속성 기능층으로부터 가장 멀고 보다 저항성인 반사방지층은 5 × 10-3 Ω.㎝ 내지 10 Ω.㎝, 또는 10-2 Ω.㎝ 내지 5 Ω.㎝, 또는 심지어 5 × 10-2 Ω.㎝ 내지 1 Ω.㎝의 비저항 ρ를 갖는 것이 바람직하다.The farthest and more resistive antireflective layer from the metallic functional layer is from 5 × 10 −3 Ω.cm to 10 Ω.cm, or from 10 −2 Ω.cm to 5 Ω.cm, or even from 5 × 10 −2 Ω.cm to It is preferable to have a specific resistance p of 1 Ωcm.
금속성 기능층에 가장 가깝고 보다 전도성인 반사방지층은 10-5 Ω.㎝ 이상 5 × 10-3 Ω.㎝ 미만, 또는 5 × 10-4 Ω.㎝ 내지 2 × 10-3 Ω.㎝, 또는 심지어 10-4 Ω.㎝ 내지 10-3 Ω.㎝의 비저항 ρ를 갖는 것이 바람직하다.The more conductive antireflective layer closest to the metallic functional layer is 10 −5 Ω.cm or more but less than 5 × 10 −3 Ω.cm, or 5 × 10 -4 Ω.cm to 2 × 10 -3 Ω.cm, or even It is preferable to have a resistivity p between 10 -4 Ω.cm and 10 -3 Ω.cm.
또한, 금속성 기능층으로부터 가장 먼 반사방지층은 기재로부터 가장 먼 반사방지 코팅의 총 광학 두께의 바람직하게는 2 내지 50%의 광학 두께와, 특히 기재로부터 가장 먼 반사방지 코팅의 총 광학 두께의 2 내지 25%, 또는 심지어 5 내지 20%의 광학 두께를 갖는다. Further, the antireflective layer furthest from the metallic functional layer preferably has an optical thickness of 2-50% of the total optical thickness of the antireflective coating furthest from the substrate, and in particular 2 to 2 of the total optical thickness of the antireflective coating furthest from the substrate. Have an optical thickness of 25%, or even 5-20%.
금속성 기능층으로부터 가장 먼 상기 반사방지층은 2 내지 100 nm, 바람직하게는 5 내지 50 nm, 또는 심지어 10 내지 30 nm의 실제 두께를 갖는 것이 바람직하다.The antireflective layer furthest from the metallic functional layer preferably has an actual thickness of 2 to 100 nm, preferably 5 to 50 nm, or even 10 to 30 nm.
반사방지층은Antireflection layer
- 선택적으로 도핑된 산화아연(ZnO), 예를 들어 ZnO:Al, ZnO:B, 또는 ZnO:Ga;Optionally doped zinc oxide (ZnO), for example ZnO: Al, ZnO: B, or ZnO: Ga;
- 선택적으로 도핑된 산화주석(SnO2), 예를 들어 SnO2:F;Optionally doped tin oxide (SnO 2 ), for example SnO 2 : F;
- 선택적으로 도핑된 산화티탄(TiO2), 예를 들어 TiO2:Nb;Optionally doped titanium oxide (TiO 2 ), for example TiO 2 : Nb;
- 선택적으로 도핑된 산화갈륨(Ga2O3);Optionally doped gallium oxide (Ga 2 O 3 );
- 선택적으로 도핑된 산화인듐(In2O3);Optionally doped indium oxide (In 2 O 3 );
- 선택적으로 도핑된 산화규소(SiO2) 기재 또는, Optionally doped silicon oxide (SiO 2 ) substrate, or
- 인듐 주석 혼성 산화물(ITO),Indium tin mixed oxide (ITO),
- 갈륨 아연 혼성 산화물(GZO),Gallium zinc mixed oxide (GZO),
- 인듐 아연 혼성 산화물(IZO),Indium zinc hybrid oxide (IZO),
- 아연 주석 혼성 산화물(Zn2SnO4), 또는Zinc tin hybrid oxide (Zn 2 SnO 4 ), or
- 인듐 갈륨 아연 혼성 산화물(IGZO) 기재인 것이 바람직하고, 이 산화물은 선택적으로 비화학양론적이다.It is preferably based on an indium gallium zinc mixed oxide (IGZO), which oxide is optionally nonstoichiometric.
금속성 기능층에 가장 가까운 반사방지층은 일반적으로 Al, Ga, Sn, Zn, Sb, In, Cd, Ti, Zr, Ta, W 및 Mo 중 하나 이상의 원소로부터 얻어지는 투명 전도성 산화물(TCO) 기재, 특히 상기 원소들 중 적어도 하나의 원소로 도핑된 상기 원소들 중 다른 하나를 기재로 하는 산화물 기재인 것이 바람직하고, 상기 산화물은 선택적으로 산소가 아화학양론적(substoichiometric)이다.The antireflective layer closest to the metallic functional layer is generally a transparent conductive oxide (TCO) substrate obtained from at least one element of Al, Ga, Sn, Zn, Sb, In, Cd, Ti, Zr, Ta, W and Mo, in particular the It is preferred that it is an oxide substrate based on the other of said elements doped with at least one of the elements, said oxide being optionally substoichiometric in oxygen.
본 명세서에서 "도핑"이라는 용어는 층 내에 0.5 내지 10% 범위의 금속(또는 산소 원소)의 원자 비율로 하나 이상의 다른 금속 원소가 존재하는 것을 의미하는 것으로 이해된다.The term "dope" is understood herein to mean the presence of one or more other metal elements in an atomic ratio of metal (or oxygen element) in the range of 0.5 to 10%.
본 명세서에서 혼성 산화물은 금속 원소의 산화물이고, 각각의 금속 원소는 최대 10%의 금속(산소 원소 제외)의 원자 비율로 존재한다.Hybrid oxides are oxides of metallic elements herein, and each metallic element is present in an atomic ratio of up to 10% of the metal (excluding oxygen elements).
하나의 특정 실시양태에서, 금속성 기능층에 가장 가까운 반사방지층과 금속성 기능층으로부터 가장 먼 반사방지층은 동일한 산화물 기재인데, 특히In one particular embodiment, the antireflective layer closest to the metallic functional layer and the antireflective layer furthest from the metallic functional layer are the same oxide substrate, in particular
- 산화아연(ZnO);Zinc oxide (ZnO);
- 산화주석(SnO2);Tin oxide (SnO 2 );
- 산화티탄(TiO2);Titanium oxide (TiO 2 );
- 산화갈륨(Ga2O3);Gallium oxide (Ga 2 O 3 );
- 산화인듐(In2O3);Indium oxide (In 2 O 3 );
- 산화규소(SiO2) 기재 또는,Silicon oxide (SiO 2 ) substrate or
- 인듐 주석 혼성 산화물(ITO),Indium tin mixed oxide (ITO),
- 갈륨 아연 혼성 산화물(GZO),Gallium zinc mixed oxide (GZO),
- 인듐 아연 혼성 산화물(IZO),Indium zinc hybrid oxide (IZO),
- 아연 주석 혼성 산화물(Zn2SnO4), 또는Zinc tin hybrid oxide (Zn 2 SnO 4 ), or
- 인듐 갈륨 아연 혼성 산화물(IGZO) 기재이고, 이 산화물은 선택적으로 비화학양론적이다.It is based on indium gallium zinc mixed oxide (IGZO), which oxide is optionally nonstoichiometric.
금속성 기능층에 가장 가깝고 보다 덜 저항성인 반사방지층은 기재로부터 반대측 상에서 금속성 기능층 위에 배치되는 상부 반사방지 코팅의 제1 층을 구성하는 것이 바람직하다.The antireflective layer, which is closest to the metallic functional layer and less resistant, preferably constitutes the first layer of the top antireflective coating disposed on the metallic functional layer on the opposite side from the substrate.
금속성 기능층으로부터 가장 멀고 보다 더 저항성인 반사방지층은 기재로부터 반대측 상에서 금속성 기능층 위에 배치되는 상부 반사방지 코팅의 마지막층을 구성하는 것이 바람직하다. 따라서, 금속성 기능층으로부터 가장 먼 상기 반사방지층은 전극 코팅의 마지막 층을 구성하는 것이 바람직하고, 따라서 광전 물질과 직접 접촉한다.The antireflective layer furthest from the metallic functional layer and more resistive preferably constitutes the last layer of the upper antireflective coating disposed on the metallic functional layer on the opposite side from the substrate. Thus, the antireflective layer furthest from the metallic functional layer constitutes the last layer of the electrode coating, and thus is in direct contact with the photoelectric material.
한편으로, 특히 광학적 정의로 더 저항성인 마지막층을 포함하는 본 발명에 따른 전극 코팅과, 다른 한편으로 광전 물질, 특히 카드뮴계 물질 사이의 경계부는 가능한 매끄러운 것이 바람직하다.On the one hand, it is particularly preferred that the interface between the electrode coating according to the invention comprising the last layer more resistive in optical definition, and on the other hand as smooth as possible the boundary between the photoelectric material, in particular the cadmium-based material.
따라서, 금속성 기능층으로부터 가장 먼 반사방지층은 5 내지 250 옹스트롬, 특히 15 내지 100 옹스트롬, 또는 10 내지 50 옹스트롬의 표면 거칠기를 갖는 것이 바람직하다.Thus, the antireflective layer furthest from the metallic functional layer preferably has a surface roughness of 5 to 250 angstroms, in particular 15 to 100 angstroms, or 10 to 50 angstroms.
통상의 광전 물질의 흡수도가 물질마다 상이하다는 점을 관찰하고, 본 발명자들은 태양전지용 전면 전극 코팅을 형성하기 위해서 상기에 나타낸 유형의 박막 스택을 형성하는데 필요한 필수적인 광학적 특성을 규정하고자 시도해왔다.Observing that the absorbance of conventional photovoltaic materials differs from material to material, the inventors have attempted to define the necessary optical properties needed to form thin film stacks of the types shown above in order to form front electrode coatings for solar cells.
기재로부터 반대측 상에서 금속성 기능층 위에 배치된 반사방지 코팅은 광전 물질의 최대 흡수 파장 λm의 대략 ½의 광학 두께를 갖는 것이 바람직하다.The antireflective coating disposed on the metallic functional layer on the opposite side from the substrate preferably has an optical thickness of approximately ½ of the maximum absorption wavelength λ m of the photoelectric material.
기재의 방향으로 금속성 기능층 아래에 배치된 반사방지 코팅은 광전 물질의 최대 흡수 파장 λm의 대략 ⅛의 광학 두께를 갖는 것이 바람직하다.The antireflective coating disposed below the metallic functional layer in the direction of the substrate preferably has an optical thickness of approximately ⅛ of the maximum absorption wavelength λ m of the photoelectric material.
그러나, 바람직한 변경양태에서, 광전 물질의 최대 흡수 파장 λm은 태양 스펙트럼에 의해 가중된다. 이러한 실시양태에서, 기재의 반대측 상에서 금속성 기능층 상에 배치된 반사방지 코팅은 광전 물질의 흡수 스펙트럼과 태양 스펙트럼의 곱의 최대 파장 λM의 대략 ½의 광학 두께를 갖는다.However, in a preferred variant, the maximum absorption wavelength λ m of the photovoltaic material is weighted by the solar spectrum. In this embodiment, the antireflective coating disposed on the metallic functional layer on the opposite side of the substrate has an optical thickness of approximately ½ of the maximum wavelength λ M of the product of the absorption spectrum and the solar spectrum of the photovoltaic material.
이러한 변경양태에서, 기재의 방향으로 금속성 기능층 아래에 배치된 반사방지 코팅은 광전 물질의 흡수 스펙트럼과 태양 스펙트럼의 곱의 최대 파장 λM의 대략 ⅛의 광학 두께를 또한 갖는다.In this variation, the antireflective coating disposed below the metallic functional layer in the direction of the substrate also has an optical thickness of approximately 의 of the maximum wavelength λ M of the product of the absorption spectrum and the solar spectrum of the photovoltaic material.
바람직한 양태에서, 금속성 기능층 위에 배치된 반사방지 코팅은 광전 물질의 최대 흡수 파장 λm의 0.45 내지 0.55배의 광학 두께를 갖고, 바람직하게는, 상기 금속성 기능층 위에 배치된 상기 반사방지 코팅은 광전 물질의 흡수 스펙트럼과 태양 스펙트럼의 곱의 최대 파장 λM의 0.45 내지 0.55배의 광학 두께를 갖는다.In a preferred embodiment, the antireflective coating disposed on the metallic functional layer has an optical thickness of 0.45 to 0.55 times the maximum absorption wavelength λ m of the photovoltaic material, and preferably, the antireflective coating disposed on the metallic functional layer is photoelectric It has an optical thickness of 0.45 to 0.55 times the maximum wavelength λ M of the product of the absorption spectrum and the solar spectrum of the material.
또한, 바람직한 양태에서, 금속성 기능층 아래에 배치된 반사방지 코팅은 광전 물질의 최대 흡수 파장 λm의 0.075 내지 0.175배의 광학 두께를 갖고, 바람직하게는, 금속성 기능층 아래에 배치된 상기 반사방지 코팅은 광전 물질의 흡수 스펙트럼과 태양 스펙트럼의 곱의 최대 파장 λM의 0.075 내지 0.175배의 광학 두께를 갖는다.Further, in a preferred embodiment, the antireflective coating disposed below the metallic functional layer has an optical thickness of 0.075 to 0.175 times the maximum absorption wavelength λ m of the photoelectric material, and preferably, the antireflective disposed under the metallic functional layer The coating has an optical thickness of 0.075 to 0.175 times the maximum wavelength λ M of the product of the absorption spectrum of the photovoltaic material and the solar spectrum.
따라서, 본 발명에 따르면, 광전지의 최고 효율을 얻기 위해서, 최적의 광학 경로가 광전 물질의 최대 흡수 파장 λm의 함수로서, 또는 바람직하게는 광전 물질의 흡수 스펙트럼과 태양 스펙트럼의 곱의 최대 파장 λM의 함수로서 정의된다.Thus, according to the invention, in order to obtain the highest efficiency of the photovoltaic cell, the optimum optical path is a function of the maximum absorption wavelength λ m of the photovoltaic material, or preferably the maximum wavelength λ of the product of the absorption spectrum and the solar spectrum of the photovoltaic material. It is defined as a function of M.
본 명세서에서 언급되는 태양 스펙트럼은 ASTM 표준에 의해 정의된 AM 1.5 태양 스펙트럼이다.The solar spectrum referred to herein is the AM 1.5 solar spectrum defined by the ASTM standard.
본 발명의 맥락에서, "코팅"이라는 용어는 코팅내에 상이한 물질들의 여러 개의 층들이 존재할 수 있음을 의미하는 것으로 이해해야 한다.In the context of the present invention, the term "coating" should be understood to mean that there may be several layers of different materials in the coating.
본 발명의 맥락에서, "반사방지층"이라는 용어는 그 본질의 관점에서 볼 때, 물질이 비금속성인, 즉 금속이 아님을 의미하는 것으로 이해하여야 한다. 본 발명의 맥락에서, 상기 용어는 전도체의 비저항(일반적으로 ρ< 10-3 Ω.㎝)이거나, 절연체의 비저항(일반적으로 ρ> 109 Ω.㎝)이거나, 또는 반도체의 비저항(일반적으로 상기 두 값의 사이)일 수 있는, 물질의 비저항에 어떠한 제한을 도입하는 것으로 이해해서는 안된다. In the context of the present invention, the term "antireflective layer" should be understood in terms of its nature to mean that the material is nonmetallic, ie not metal. In the context of the present invention, the term refers to the resistivity of a conductor (typically ρ <10 −3 Ω · cm), the resistivity of an insulator (typically ρ> 10 9 Ω · cm), or the resistivity of a semiconductor (usually the It should not be understood to introduce any restrictions on the resistivity of a material, which can be between two values).
완전히 놀랍게도 임의의 다른 특성과 독립적으로, 금속성 기능층 아래에 배치된 반사방지 코팅의 광학 두께의 대략 4배의 광학 두께를 갖는 금속성 기능층 위에 배치된 반사방지 코팅을 갖는 기능성 단일층을 갖는 박막 스택을 구비한 전극 코팅의 광학 경로는 태양전지의 효율을 향상시킬 수 있고, 또한 전지의 작동중에 발생되는 스트레스에 대한 내성도 향상시킬 수 있다.Completely surprisingly independent of any other properties, a thin film stack with a functional monolayer having an antireflective coating disposed over a metallic functional layer having an optical thickness of approximately four times the optical thickness of the antireflective coating disposed under the metallic functional layer. The optical path of the electrode coating having a can improve the efficiency of the solar cell, and can also improve the resistance to stress generated during operation of the cell.
금속성 기능층 측면에 배치된 코팅들의 목적은 금속성 기능층에 "반사방지성"을 부여하는 것이다. 이것이 바로 이들을 "반사방지 코팅"이라 부르는 이유이다.The purpose of the coatings disposed on the side of the metallic functional layer is to impart "antireflective" to the metallic functional layer. This is why they are called "antireflective coatings".
사실상, 기능층 자체만에 의해서도 물리적 두께가 작은(대략 10 nm) 경우도 전극 코팅의 목적하는 전도도를 얻을 수 있지만, 상기 층은 빛과 전자기 방사선의 통과에 크게 저항할 것이다.In fact, even with a small physical thickness (approximately 10 nm) by the functional layer alone, the desired conductivity of the electrode coating can be obtained, but the layer will be highly resistant to the passage of light and electromagnetic radiation.
이와 같은 반사방지 시스템이 없을 때에는, (광전지의 제조에 관한 문제이므로 가시광 및 근적외 영역에서) 광투과율이 너무 낮고 광반사율은 너무 높을 것이다.In the absence of such an antireflection system, the light transmittance would be too low and the light reflectivity would be too high (in the visible and near-infrared region as it is a matter of the manufacture of photocells).
본 명세서에서, "광학 경로"라는 용어는 특정 의미를 가지며, 제조된 간섭 필터의 (각각의) 금속성 기능층의 하면 또는 상면의 다양한 반사방지 코팅들의 다양한 광학 두께들의 총계를 가리키고자 사용된 것이다. 코팅의 광학 두께는 코팅내에 단일층만이 존재할 경우 층의 물리적 두께와 그 물질의 굴절률의 곱과 같고, 또는 여러 개의 층들이 존재할 경우에는 각 층의 물리적 두께와 각 층의 물질의 굴절률의 곱들의 합과 같다는 것을 상기하기로 한다.As used herein, the term "optical path" has a specific meaning and is used to refer to the sum of the various optical thicknesses of the various antireflective coatings on the bottom or top of the (each) metallic functional layer of the produced interference filter. The optical thickness of the coating is equal to the product of the physical thickness of the layer and the refractive index of the material if only a single layer is present in the coating, or the sum of the product of the physical thickness of each layer and the refractive index of the material of each layer, if multiple layers are present It is recalled that
본 발명에 따른 광학 경로는, 절대적으로, 금속성 기능층의 물리적 두께의 함수이지만, 실제로는 목적하는 컨덕턴스를 얻을 수 있게 하는 금속성 기능층의 물리적 두께의 범위내에 있으며, 말하자면 변화하지 않는 것으로 나타난다. 따라서, 본 발명에 따른 해결 수단은 기능층(들)이 은 기재이고, 5 nm 내지 20 nm의 (총) 물리적 두께를 가질 경우에 적합하다.The optical path according to the invention is, absolutely, a function of the physical thickness of the metallic functional layer, but is actually within the range of the physical thickness of the metallic functional layer which makes it possible to obtain the desired conductance, that is to say it does not appear to change. Thus, the solution according to the invention is suitable when the functional layer (s) is a silver substrate and has a (total) physical thickness of 5 nm to 20 nm.
본 발명에 따른 박막 스택의 유형은 "저방사율(low-E, low-emissivity)" 및/또는 "태양광 조절" 유형의 단열이 향상된 글레이징(glazing)을 제조하기 위한 것으로 건축 또는 자동차 글레이징 분야에 공지되어 있다.The type of thin film stack according to the invention is for the manufacture of glazing with improved thermal insulation of the "low-e, low-emissivity" and / or "solar control" type and is used in the field of construction or automotive glazing. Known.
따라서, 본 발명자들은 특히 저방사율 글레이징에 사용되는 유형의 특정 스택, 특히 "강화 가능한(temperable)" 스택 또는 "강화시킬" 스택으로 알려진 스택, 즉 스택을 갖는 기재를 강화 처리, 특히 강화 열처리하는 것이 바람직할 경우에 사용되는 스택을 광전지용 전극 코팅을 제조하는데 사용할 수 있다는 것을 인지하였다.Accordingly, the inventors have found that it is particularly desirable to reinforce, in particular, heat-treat, a particular stack of the type used for low emissivity glazing, in particular a substrate having a stack, i. It has been appreciated that the stack used when desired can be used to make electrode coatings for photovoltaic cells.
그러므로, 본 발명의 다른 청구 대상은, 광전지 전면 기재를 제조하기 위해서 건축용 글레이징에 박막 스택, 특히 본 발명에 의한 특징을 갖는 "강화 가능한" 또는 "강화시킬" 유형의 스택, 특히 본 발명에 따른 저방사율 스택, 구체적으로 "강화 가능한" 또는 "강화시킬" 저방사율 스택의 용도이다.Therefore, another subject of the present invention is a thin film stack for building glazing in order to produce a photovoltaic front substrate, in particular a stack of the type of "reinforceable" or "reinforced" having the features according to the invention, in particular the low according to the invention. Emissivity stacks, specifically low emissivity stacks to be "enhanced" or "enhanced".
본 발명의 맥락 내에서 "강화 가능한" 스택 또는 기재라는 용어는 열처리하는 동안에 본질적인 광학적 특성 및 열적 특성(방사율과 직접적으로 관련되는, □당 저항으로 표현됨)이 보존됨을 의미하는 것으로 이해해야 한다. The term "reinforceable" stack or substrate within the context of the present invention is to be understood to mean that the essential optical and thermal properties (expressed as sugar resistance, directly related to emissivity) are preserved during the heat treatment.
따라서, 예를 들면 빌딩의 동일한 한쪽 표면상에서, 동일한 스택으로 코팅된 강화된 기재와 강화되지 않은 기재를 혼입한 글레이징 패널들을, 반사시 색상 및/또는 광반사율/투과율을 단순히 시각적으로 관찰해서는 서로 구분이 불가능한 상태로, 함께 근접하게 배치할 수 있다.Thus, for example, glazing panels incorporating reinforced and unreinforced substrates coated in the same stack, on one and the same surface of a building, are distinguished from one another simply by visually observing color and / or light reflectance / transmittance upon reflection. In this impossible state, they can be placed close together.
예를 들면, 열처리 전후에 다음과 같은 변화를 갖는 스택 또는 스택으로 코팅된 기재는, 이러한 변화들이 육안으로는 감지되지 않을 것이기 때문에 강화 가능한 것으로 간주될 것이다:For example, a stack or substrate coated with a stack having the following changes before and after heat treatment will be considered reinforceable since these changes will not be noticed visually:
- 3% 미만, 또는 심지어 2% 미만의 적은 광투과율 변화 ΔTL(가시광 영역에서); 및/또는Light transmittance change ΔT L less than 3%, or even less than 2% (in the visible region); And / or
- 3% 미만, 또는 심지어 2% 미만의 적은 광반사율 변화 ΔRL(가시광 영역에서); 및/또는Small light reflectivity change ΔR L less than 3%, or even less than 2% (in the visible region); And / or
- 3 미만, 또는 심지어 2 미만의 적은 색 변화 
본 발명의 맥락에서 "강화시킬" 스택 또는 기재는 코팅된 기재의 광학적 특성과 열적 특성이 열처리 후에 허용 가능한 반면, 이전에는 허용 가능하지 않거나, 어떤 경우에는 전혀 허용될 수 없었음을 의미하는 것으로 이해하여야 한다.A stack or substrate to be "strengthened" in the context of the present invention is understood to mean that the optical and thermal properties of the coated substrate are acceptable after heat treatment, while not previously acceptable or in some cases not at all acceptable. shall.
예를 들면, 열처리 후에 다음과 같은 특성을 갖지만 열처리하기 전에는 다음의 특성 중 하나 이상을 충족하지 못하는 스택 또는 스택으로 코팅된 기재는 본 발명의 맥락에서 "강화시킬"것으로 간주된다:For example, a stack or substrate coated with a stack having the following properties after heat treatment but not meeting one or more of the following properties before heat treatment is considered to be "hardened" in the context of the present invention:
- 65% 이상, 또는 심지어 70%, 또는 심지어 75% 이상의 높은 광투과율 TL(가시광 영역에서); 및/또는High light transmission T L (in the visible range) of at least 65%, or even 70%, or even 75%; And / or
- 10% 이하, 또는 심지어 8% 이하, 또는 심지어 5% 이하의 낮은 흡광율(가시광 영역에서, 1-TL-RL로 정의됨); 및/또는Low absorbance of 10% or less, or even 8% or less, or even 5% or less (in the visible range, defined as 1-T L -R L ); And / or
- 적어도 통상 사용되는 전도성 산화물의 □당 저항만큼 우수한 □당 저항 R□, 특히 20 Ω/□ 이하, 또는 심지어 15 Ω/□ 이하, 또는 심지어 10 Ω/□ 이하.- at least as long as conventional high resistance per □ □ the conductive oxide is used per resistance R □, particularly 20 Ω / □ or less, or even 15 Ω / □ or less, or even 10 Ω / □ or less.
따라서, 전극 코팅은 투명해야 한다. 그러므로, 전극 코팅은 기재상에 침착될 때, 300 내지 1200 ㎚ 파장 범위에서 65%, 또는 심지어 75%, 더욱 바람직하게는 85%, 심지어 특히 90% 이상의 최소 평균 광투과율을 가져야 한다.Thus, the electrode coating must be transparent. Therefore, the electrode coating should have a minimum average light transmittance of 65%, or even 75%, more preferably 85%, even especially 90% or more in the 300 to 1200 nm wavelength range when deposited on the substrate.
박층의 침착 후 전면 기재를 광전지 내로 장착하기 전에 전면 기재가 열처리, 특히 강화 열처리를 거친 경우, 전극 코팅으로서 작용하는 스택으로 코팅된 기재가 이와 같은 열처리를 하기 전 낮은 투명도를 가질 수 있다. 예를 들면, 상기 기재는 상기 열처리를 하기 전에 가시광 영역에서 65% 미만, 또는 심지어 50% 미만의 광투과율을 가질 수 있다.If the front substrate is subjected to a heat treatment, in particular a tempered heat treatment after deposition of the thin layer and prior to mounting the front substrate into the photovoltaic cell, the substrate coated with the stack serving as the electrode coating may have a low transparency before such a heat treatment. For example, the substrate may have a light transmittance of less than 65%, or even less than 50% in the visible region before the heat treatment.
중요한 점은 전극 코팅이 열처리를 하기 전에 투명해야 하며, 열처리를 한 후에는 300 내지 1200 ㎚ 파장 범위에서 (가시광 영역에서) 65% 이상, 또는 심지어 75% 이상, 더욱 바람직하게는 85% 이상, 심지어 특히 90% 이상의 평균 광투과율을 가질 정도이어야 한다는 것이다.The important point is that the electrode coating must be transparent before the heat treatment, and after the heat treatment, at least 65%, or even at least 75%, more preferably at least 85%, even in the 300 to 1200 nm wavelength range (in the visible region) In particular, it should be enough to have an average light transmittance of 90% or more.
더욱이, 본 발명의 맥락에서, 상기 스택은 절대적으로 가능한 최고의 광투과율을 갖지는 않지만, 본 발명에 따른 광전지의 맥락에서는 가능한 최고의 광투과율을 갖는다.Moreover, in the context of the present invention, the stack does not have the absolute highest possible light transmittance, but in the context of the photovoltaic cell according to the present invention.
또한, 금속성 기능층 아래에 배치된 반사방지 코팅은 확산에 대한 장벽으로서, 특히 기재로부터 유래한 나트륨의 확산에 대한 장벽으로서 작용하여 전극 코팅, 더욱 구체적으로 금속성 기능층을, 특히 임의의 열처리하는 동안에, 특히 강화 열처리하는 동안에 보호하는 화학적 장벽 기능도 가질 수 있다.In addition, the antireflective coating disposed below the metallic functional layer acts as a barrier to diffusion, in particular as a barrier to the diffusion of sodium from the substrate, thereby causing the electrode coating, more specifically the metallic functional layer, in particular during any heat treatment. In particular, it may also have a chemical barrier function to protect during the reinforcement heat treatment.
다른 특정 실시양태에서, 기재는 전극 코팅 아래에 기재의 굴절률에 가까운 낮은 굴절률을 갖는 베이스 반사방지층을 포함하며, 상기 베이스 반사방지층은 산화규소 기재 또는 산화알루미늄 기재 또는 이들 둘의 혼합 기재인 것이 바람직하다.In another particular embodiment, the substrate comprises a base antireflective layer having a low refractive index near the refractive index of the substrate under the electrode coating, wherein the base antireflective layer is preferably a silicon oxide substrate or an aluminum oxide substrate or a mixture of both. .
또한, 이러한 유전층이 화학적 확산 장벽층, 특히 기재로부터 유래하는 나트륨의 확산에 대한 장벽을 구성함으로써, 전극 코팅 및 더욱 구체적으로 금속성 기능층을, 특히 열처리하는 동안에, 특히 강화 열처리하는 동안에 또는 광전 물질의 처리를 위해 보호할 수 있다.In addition, this dielectric layer constitutes a barrier to diffusion of chemical diffusion barrier layers, in particular sodium derived from the substrate, so that the electrode coating and more specifically the metallic functional layer, in particular during heat treatment, in particular during the heat treatment heat treatment or of the photovoltaic material Can protect for treatment.
본 발명의 맥락에서, 유전층은 전하 이동(전류)에 참여하지 않는 층 또는 전하 이동에의 참여 효과가 전극 코팅의 다른 층들의 효과와 비교할 때 0으로 간주될 수 있는 층을 말한다.In the context of the present invention, a dielectric layer refers to a layer that does not participate in charge transfer (current) or a layer in which the effect of participation in charge transfer can be considered zero compared to the effects of other layers of the electrode coating.
더욱이, 상기 베이스 반사방지층은 10 내지 300 ㎚, 또는 35 내지 200 ㎚, 더욱 바람직하게는 50 내지 120 ㎚의 물리적 두께를 갖는 것이 바람직하다.Furthermore, the base antireflection layer preferably has a physical thickness of 10 to 300 nm, or 35 to 200 nm, more preferably 50 to 120 nm.
이 금속성 기능층은 은, 구리 또는 금 기재일 수 있고, 이들 원소들 중 적어도 다른 한 원소로 선택적으로 도핑될 수 있다.This metallic functional layer may be a silver, copper or gold substrate and may be selectively doped with at least one of these elements.
"기재로 하는"이라는 표현은 통상적으로 그 물질을 주로 함유하는 층, 즉 해당 물질을 몰질량으로 50% 이상 함유하는 층을 의미하는 것으로 이해된다. 그러므로, "기재로 하는"이라는 표현은 도핑을 포함하는 것이다.The expression "based on" is generally understood to mean a layer containing mainly the substance, that is, a layer containing 50% or more of the substance in molar mass. Therefore, the expression "based on" includes doping.
금속성 기능층은 결정화된 형태로 얇은 유전층상에 침착되는 것이 바람직하고, 상기 유전층 또한 결정화되는 것이 바람직하다(그러므로, 유전층은 상단에 침착된 금속층의 적당한 결정 배향을 촉진하므로 "습윤층"으로 명명된다).The metallic functional layer is preferably deposited on the thin dielectric layer in crystallized form, and the dielectric layer is also preferably crystallized (hence the dielectric layer is termed a "wet layer" as it promotes proper crystallographic orientation of the metal layer deposited on top. ).
전극 코팅을 생성하는 박막 스택은 기능성 단일층 코팅, 즉 단일 기능층인 것이 바람직하다. 그러나, 이는 기능성 다층, 특히 기능성 이중층일 수 있다.The thin film stack producing the electrode coating is preferably a functional monolayer coating, ie a single functional layer. However, it may be a functional multilayer, in particular a functional bilayer.
따라서, 기능층은 산화물, 특히 산화아연 기재이고, 선택적으로 알루미늄으로 선택적으로 도핑된 습윤층 상부에 또는 심지어 습윤층 바로 위에 침착되는 것이 바람직하다.Thus, the functional layer is preferably an oxide, in particular a zinc oxide substrate, and is deposited on top of or even directly over the wet layer, optionally doped with aluminum.
습윤층의 물리적(또는 실제) 두께는 바람직하게 2 내지 30 ㎚, 보다 바람직하게는 3 내지 20 ㎚이다.The physical (or actual) thickness of the wet layer is preferably 2 to 30 nm, more preferably 3 to 20 nm.
습윤층은 유전성이고, 바람직하게는 0.5 Ω.㎝ < ρ < 200 Ω.㎝ 또는 50 Ω.㎝ < ρ < 200 Ω.㎝의 비저항 ρ(층의 □당 저항과 그 두께의 곱으로 정의됨)를 갖는 물질이다.The wet layer is dielectric and preferably has a resistivity ρ of 0.5 Ω.cm <ρ <200 Ω.cm or 50 Ω.cm <ρ <200 Ω.cm (defined as the product of the resistance per □ of layer and its thickness). It is a substance having.
스택은 일반적으로 스퍼터링, 선택적으로 마그네트론 스퍼터링과 같은 진공 기법을 사용해서 수행된 침착의 연속에 의해서 얻어진다. 또한, "블로커(blocker) 코팅"으로 명명되고 반사방지 코팅의 일부를 형성하지 않으며 금속성 기능층, 특히 은 기재의 금속층 바로 아래에, 상에 또는 각 면상에 배치된 하나 또는 심지어 두 개의 매우 얇은 코팅을 제공할 수 있고, 상기 코팅은 기재의 방향으로 기능층의 하면에 존재하고 침착 후에 수행되는 가능한 열처리 동안에 결합, 핵형성 및/또는 보호 코팅으로서 작용하고, 상기 코팅은 기능층의 상면에 존재하고 금속성 기능층이 그 상부의 층으로부터, 특히 임의의 열처리하는 동안에 산소의 공격 및/또는 이동에 의해서, 또는 심지어 그 상부의 층이 산소 존재하의 스퍼터링에 의해서 침착된 경우 산소의 이동에 의해서 손상되는 것을 방지하기 위한 보호 코팅 또는 "희생" 코팅으로서 작용한다.The stack is generally obtained by a series of depositions performed using vacuum techniques such as sputtering, optionally magnetron sputtering. In addition, one or even two very thin coatings, termed "blocker coatings" and do not form part of an antireflective coating and are disposed on, on or on each side of a metallic functional layer, in particular a metal layer of a silver substrate Wherein the coating is present on the lower surface of the functional layer in the direction of the substrate and acts as a bond, nucleation and / or protective coating during possible heat treatments performed after deposition, the coating being on the upper surface of the functional layer and That the metallic functional layer is damaged by the attack and / or migration of oxygen, particularly during any heat treatment, or even by the movement of oxygen when the upper layer is deposited by sputtering in the presence of oxygen. It acts as a protective coating or "sacrifice" coating to prevent.
본 발명의 맥락에서, 층 또는 코팅(하나 이상의 층들을 포함함)을 다른 침착된 층 또는 코팅 바로 아래 또는 바로 위에 침착시킨 것으로 명시될 경우, 이러한 두 침착된 층들 또는 코팅들 사이에 다른 층이 개재될 수 없다.In the context of the present invention, when it is specified that a layer or coating (including one or more layers) is deposited directly under or just above another deposited layer or coating, another layer is interposed between these two deposited layers or coatings. Can't be.
바람직하게, 하나 이상의 블로커 코팅은 Ni 또는 Ti 기재이거나, Ni계 합금, 특히 NiCr 합금 기재이다.Preferably, the at least one blocker coating is a Ni or Ti substrate or a Ni-based alloy, in particular a NiCr alloy substrate.
바람직하게, 기재의 방향으로 금속성 기능층 아래에 배치된 코팅은 혼성 산화물 기재의 층, 특히 아연 주석 혼성 산화물 또는 인듐 주석 혼성 산화물(ITO) 기재의 층을 포함한다.Preferably, the coating disposed below the metallic functional layer in the direction of the substrate comprises a layer of a mixed oxide substrate, in particular a layer of a zinc tin mixed oxide or an indium tin mixed oxide (ITO) substrate.
또한, 기재의 방향으로 금속성 기능층 아래에 배치된 코팅 및/또는 금속성 기능층 위에 배치된 코팅은 높은 굴절률, 특히 2 이상의 굴절률을 갖는 층, 예를 들면 알루미늄 또는 지르코늄으로 선택적으로 도핑된 질화규소 기재의 층을 포함할 수 있다.In addition, the coating disposed below the metallic functional layer in the direction of the substrate and / or the coating disposed over the metallic functional layer may be of a silicon nitride substrate selectively doped with a layer having a high refractive index, in particular at least two refractive indexes, for example aluminum or zirconium. It may comprise a layer.
또한, 기재의 방향으로 금속성 기능층 아래에 배치된 코팅 및/또는 금속성 기능층 위에 배치된 코팅은 매우 높은 굴절률, 특히 2.35 이상의 굴절률을 갖는 층, 예를 들면 산화티탄 기재의 층을 포함할 수 있다.In addition, the coating disposed below the metallic functional layer in the direction of the substrate and / or the coating disposed over the metallic functional layer may comprise a layer having a very high refractive index, in particular a refractive index of at least 2.35, for example a layer of a titanium oxide substrate. .
기재는 전면 기재로부터 반대측 상에서 전극 코팅의 위에 광전 물질, 특히 카드뮴계 물질 기재의 코팅을 포함할 수 있다.The substrate may comprise a coating of a photovoltaic material, in particular a cadmium-based material substrate, on top of the electrode coating on the opposite side from the front substrate.
따라서, 본 발명에 따른 전면 기재의 바람직한 구조는 기재/(선택적인 베이스 반사방지층)/전극 코팅/광전 물질의 유형이거나, 또는 다른 유형인 기재/(선택적인 베이스 반사방지층)/전극 코팅/광전 물질/전극 코팅의 구조이다.Thus, the preferred structure of the front substrate according to the invention is a type of substrate / (optional base antireflective layer) / electrode coating / photoelectric material, or other type of substrate / (selective base antireflective layer) / electrode coating / photoelectric material Structure of electrode coating.
하나의 구체적인 변경양태에서, 전극 코팅은 건축 글레이징용 스택, 특히 건축 글레이징용 "강화 가능한" 스택 또는 "강화시킬" 건축 글레이징용 스택, 특히 저방사율 스택, 특히 "강화 가능한" 저방사율 스택 또는 "강화시킬" 저방사율 스택으로 이루어지며, 이 박막 스택은 본 발명의 특징부를 갖는다.In one specific variant, the electrode coating is a stack for building glazing, in particular a "reinforceable" stack for building glazing or a stack for building glazing to be "hardened", in particular a low emissivity stack, in particular a "reinforceable" low emissivity stack or "reinforced" Low emissivity stack, which is a feature of the present invention.
또한 본 발명은, 본 발명에 따른 광전지용 기재, 특히 본 발명의 특징부를 갖는 박막 스택으로 코팅된 건축 글레이징용 기재, 특히 본 발명의 특징부를 갖는 건축 글레이징용 "강화 가능한" 기재 또는 "강화시킬" 건축 글레이징용 기재, 특히 저방사율 기재, 특히 본 발명의 특징부를 갖는 "강화 가능한" 저방사율 기재 또는 "강화시킬" 저방사율 기재에 관한 것이다.The invention furthermore relates to a photovoltaic substrate according to the invention, in particular an architectural glazing substrate coated with a thin film stack having the features of the invention, in particular an "reinforceable" substrate or "reinforcement" for an architectural glazing with the features of the invention. Substrates for architectural glazing, in particular low emissivity substrates, in particular "reinforceable" low emissivity substrates or features to be "reinforced" low emissivity substrates having the features of the invention.
전극 코팅의 모든 층들은 진공 침착 기법에 의해 침착되는 것이 바람직하지만, 스택의 제1층 또는 제1층들이 다른 기법에 의해서, 예를 들면 열분해 유형의 열 분해 기법 또는 CVD에 의해, 선택적으로 진공하에, 선택적으로 플라즈마 증진하에 침착될 수 있음을 배제하는 것은 아니다. All layers of the electrode coating are preferably deposited by vacuum deposition techniques, but the first layer or first layers of the stack are optionally vacuumed by other techniques, for example by pyrolysis type pyrolysis techniques or CVD. It is not intended to exclude that it may optionally be deposited under plasma enhancement.
유리하게도, 박막 스택을 갖는 본 발명에 따른 전극 코팅은 TCO 전극 코팅보다 기계적 내성이 훨씬 더 크다. 따라서, 광전지의 수명이 증가할 수 있다.Advantageously, electrode coatings according to the invention with thin film stacks are much more mechanically resistant than TCO electrode coatings. Thus, the life of the photovoltaic cell can be increased.
또한 유리하게는, TCO계 물질로 만들어진 전극과 비교할 때 그의 작은 물리적 두께 때문에, 본 발명에 따른 하나 이상의 금속성 기능층으로 이루어진 전극은 특히 레이저 에칭(낮은 에너지 및 짧은 시간)에 의해 에칭하기가 훨씬 더 쉽고, 또한 전극의 대체로 전체 두께에 걸쳐 종방향 분리 단계("모듈화" 단계라고 불림)를 수행할 필요가 없고, 또한 이 에칭 단계는 동일한 에칭 폭에 대하여 TCO계 물질로 만들어진 전극에서보다 더 적은 재료가 제거되게 하므로, 제거된 물질이 전지를 오염시킬 위험을 감소시킨다. Also advantageously, due to its small physical thickness when compared to electrodes made of TCO-based materials, electrodes consisting of one or more metallic functional layers according to the invention are much more difficult to etch, especially by laser etching (low energy and short time). It is easy and there is no need to perform a longitudinal separation step (called a “modular” step) over the entire thickness of the electrode, and this etching step also requires less material than for an electrode made of TCO-based material for the same etch width. Is removed, thereby reducing the risk that the removed material will contaminate the cell.
또한 유리하게는, 본 발명에 따른 전극 코팅은, 특히 입사 방사선의 적어도 작은 부분이 광전지를 완전히 통과하는 것이 바람직한 경우에 후면 전극 코팅으로서 역시 사용될 수 있다.Also advantageously, the electrode coating according to the invention can also be used as a back electrode coating, especially where at least a small part of the incident radiation is desired to pass completely through the photovoltaic cell.
이하에서는 본 발명의 세부 사항 및 유리한 특징을 첨부된 도면에 도시된 비제한적 실시예를 통해 설명한다.Hereinafter, the details and advantageous features of the present invention will be described through the non-limiting examples shown in the accompanying drawings.
도 1은 투명 전도성 산화물로 만들어진 전극 코팅으로 코팅되고 베이스 반사방지층을 갖는 종래 기술의 광전지 전면 기재를 도시한다.1 shows a prior art photovoltaic front substrate having a base antireflective layer coated with an electrode coating made of transparent conductive oxide.
도 2는 기능성 단일층 박막 스택으로 이루어진 전극 코팅으로 코팅되고 베이스 반사방지층을 갖는 본 발명에 따른 광전지 전면 기재를 도시한다.2 shows a photovoltaic front substrate according to the invention coated with an electrode coating consisting of a functional monolayer thin film stack and having a base antireflective layer.
도 3은 3종의 광전 물질에 대한 양자 효율 곡선을 도시한다.3 shows quantum efficiency curves for three types of photovoltaic materials.
도 4는 상기 3종의 광전 물질의 흡수 스펙트럼과 태양 스펙트럼의 곱에 해당하는 실제 수율 곡선을 도시한다.4 shows the actual yield curve corresponding to the product of absorption spectra and solar spectra of the three photovoltaic materials.
도 5는 광전지에 대한 내구성 테스트의 원리를 설명한 도면이다.5 is a view for explaining the principle of the durability test for photovoltaic cells.
도 6은 광전지의 단면도이다.6 is a cross-sectional view of a photovoltaic cell.
도 1, 도 2, 도 5 및 도 6에서, 검토하기 더 용이하도록 다양한 코팅, 층 및 물질들의 두께의 비율을 엄격하게 준수하지는 않았다.In Figures 1, 2, 5 and 6, the ratios of the thicknesses of the various coatings, layers and materials have not been strictly observed to make them easier to review.
도 1은 흡수성 광전 물질(200)을 갖는 종래 기술의 광전지 전면 기재(10')를 도시한 것이고, 상기 기재(10')는 주 표면상에 전류를 전도하는 TCO 층(66)으로 이루어진 투명 전극 코팅(100')을 갖는다.1 shows a prior art photovoltaic
전면 기재(10')는, 전면 기재(10')가 입사 방사선(R)이 광전 물질(200)에 도달하기 전에 통과하는 첫번째 기재가 되도록 광전지에 배치된다.The
또한, 기재(10')는, 전극 코팅(100') 아래에, 즉 기재(10')의 바로 위에, 기재의 굴절률에 가까운 낮은 굴절률 n22를 갖는 베이스 반사방지층(22)을 포함한다.In addition, the substrate 10 'includes a base antireflective layer 22 having a low refractive index n 22 close to the refractive index of the substrate under the electrode coating 100', ie directly above the substrate 10 '.
기재(10')는, 전극 코팅(100') 상에 그리고 광전 물질(200) 아래에 버퍼층(도시되지 않음)을 더 포함한다.
도 2는 본 발명에 따른 광전지 전면 기재(10)를 도시한 것이다.2 shows a
전면 기재(10)는 주 표면상에 투명 전극 코팅(100)을 또한 갖지만, 여기서 이 전극 코팅(100)이 은 기재의 하나 이상의 금속성 기능층(40)과, 둘 이상의 반사방지 코팅(20, 60)을 포함하는 박막 스택으로 이루어지며, 상기 코팅은 각각 하나 이상의 얇은 반사방지층(24, 26; 66, 68)을 포함하고, 상기 기능층(40)은 상기 2개의 반사방지 코팅 사이에 배치되고, 이들 중 하면 반사방지 코팅(20)으로 불리는 것이 기재의 방향으로 기능층 아래에 배치되고, 상면 반사방지 코팅(60)으로 불리는 다른 것이 기재의 반대 방향으로 기능층 위에 배치된다.The
도 2의 투명 전극 코팅(100)을 구성하는 박막 스택은 기능성 단일층을 갖는 선택적으로 강화가능하거나 강화시킬 저방사율 기재의 스택 구조 유형의 스택 구조를 가지며, 이는 예를 들면 빌딩에 사용되는 건축용 글레이징 분야의 용도로 시판되는 것에서 찾아볼 수 있다.The thin film stack constituting the
실시예 1 및 실시예 2의 두 실시예는 다음과 같은 기능성 단일층을 갖는 스택 구조를 기본으로 하여 제조하였다:Two examples of Example 1 and Example 2 were prepared based on a stack structure with the following functional monolayers:
- 실시예 1의 경우 도 1에 도시된 구조를 기본으로 하고; For example 1 is based on the structure shown in FIG. 1;
- 실시예 2의 경우는 스택이 오버블로커 코팅을 포함하지 않는다는 것을 제외하고는, 도 2에 도시된 구조를 기본으로 한다.The case of Example 2 is based on the structure shown in FIG. 2 except that the stack does not comprise an overblocker coating.
또한, 하기 모든 실시예에서, 층은 두께가 4 ㎜인 투명한 소다 석회 유리로 만들어진 기재(10', 10) 상에 침착된다.In addition, in all the examples below, the layer is deposited on
이하에 주어진 지수는 통상의 550 nm 파장에서 측정되었다.The indices given below were measured at a typical 550 nm wavelength.
실시예 1의 전극 코팅(100')은 전도성 알루미늄 도핑된 산화아연 기재이다.The
실시예 2의 전극 코팅(100)을 구성하는 스택은 이하를 순서대로 포함하는 박막 스택으로 이루어진다:The stack constituting the
- 굴절률 n=2.4인 산화티탄 기재의 유전층인 반사방지층(24);An antireflection layer 24, which is a dielectric layer based on titanium oxide, having a refractive index n = 2.4;
- 유전성 산화물계 습윤층인 반사방지층(26), 특히 선택적으로 도핑된 산화아연 기재인, 굴절률 n=2인 반사방지층;An antireflection layer 26 which is a dielectric oxide based wet layer, in particular an antireflection layer having an index of refraction n = 2, which is optionally a doped zinc oxide substrate;
- 선택적으로, 기능층(40) 바로 아래에 배치될 수 있지만, 본 명세서에서는 제공되지 않은 하면 블로커 코팅(도시 생략), 예를 들면 Ti 기재 또는 NiCr 합금 기재 코팅; 이 코팅은 일반적으로 습윤층(26)이 없을 경우에 필요하지만, 반드시 필수적인 것은 아님;Optionally, a lower surface blocker coating (not shown), such as a Ti substrate or a NiCr alloy substrate coating, which may be disposed directly below the
- 은으로 만들어지고, 본 명세서에서는 습윤 코팅(26) 바로 위에 배치된 단일 기능층(40);A single
- Ti 기재 또는 NiCr 합금 기재이고, 기능층(40) 바로 위에 배치될 수 있지만, 실시예에서는 제공되지 않은 상면 블로커 코팅(50);A
- 알루미늄으로 도핑된 산화아연 기재이고, n=2의 굴절률을 갖고, 비저항이 0.35 × 10-3 Ω.㎝ 내지 2.5 × 10-3 Ω.㎝, 특히 대략 10-3 Ω.㎝인 전도성 반사방지층(66) (여기서 이 층은 세라믹 타깃(약 2% 알루미늄, 49% 아연 및 49% 산소로 구성됨)으로부터 아르곤 대기하에 기능층(40) 바로 위에 침착됨);A conductive antireflective layer having a zinc oxide substrate doped with aluminum, having a refractive index of n = 2, and having a specific resistance of 0.35 × 10 −3 Ω.cm to 2.5 × 10 −3 Ω.cm, in particular approximately 10 −3 Ω.cm (66) wherein the layer is deposited directly above the
- 반사방지성이고, 주석 아연 산화물 SnxZnyOz 기재이고, n=2.1의 굴절률을 갖고, 대략 1 Ω.㎝의 비저항을 갖는 유전성 종결층(68) (여기서 이 층은 25% 산소(O2) 및 75% 아르곤으로 구성된 대기하에 금속 타깃(약 50% 주석, 50% 아연으로 구성됨)으로부터 침착됨).A dielectric termination layer 68, which is antireflective, based on tin zinc oxide Sn x Zn y O z , has a refractive index of n = 2.1, and has a resistivity of approximately 1 Ω.cm, wherein the layer is 25% oxygen ( 0 2 ) and deposited from a metal target (comprising about 50% tin, 50% zinc) under an atmosphere consisting of 75% argon).
그의 전체 두께에 걸쳐 주석 아연 혼성 산화물 기재의 층은, 이들 층을 침착시키는데 사용된 타깃에 따라, 특히 상이한 조성의 여러 타깃이 층을 침착시키는데 사용되는 경우 그의 전체 두께에 걸쳐서 가변 Sn/Zn 비 또는 가변 도펀트 농도를 가질 수 있음을 알아야 한다.Layers of tin zinc mixed oxide substrate over their entire thickness, depending on the targets used to deposit these layers, may vary the variable Sn / Zn ratio over their entire thickness, especially when several targets of different compositions are used to deposit the layers or It should be appreciated that it may have a variable dopant concentration.
예를 들어, 광전 물질(200)은 텔루르화카드뮴 기재이다.For example, the
이 물질의 양자 효율 QE는 미소결정질 규소(결정립 크기가 대략 100 nm임)의 양자 효율과 비정질(즉, 비결정질) 규소의 양자 효율과 함께 도 3에 도시되고, 다른 광전 물질 또한 본 발명의 맥락 내에서 적합하다.The quantum efficiency QE of this material is shown in FIG. 3 along with the quantum efficiency of microcrystalline silicon (grain size is approximately 100 nm) and the quantum efficiency of amorphous (ie amorphous) silicon, and other photoelectric materials are also within the context of the present invention. Is suitable in
본 명세서에서, 잘 알려진 바와 같이 양자 효율 QE는 x축상에 주어진 파장을 갖는 입사 광자가 전자-정공 쌍으로 전환될 확률(0과 1 사이)에 대한 표현이라는 것을 상기하기로 한다.Recall that in this specification, as is well known, the quantum efficiency QE is a representation of the probability (between 0 and 1) of the incident photons having a given wavelength on the x-axis being converted to electron-hole pairs.
도 3을 통해 알 수 있는 바와 같이, 최대 흡수 파장 λm, 즉 양자 효율이 최대인 파장(즉, 양자 효율이 최대값일 때의 파장)은 다음과 같다:As can be seen from FIG. 3, the maximum absorption wavelength λ m , that is, the wavelength at which the quantum efficiency is maximum (ie, the wavelength when the quantum efficiency is maximum) is as follows:
- 비정질 규소 a-Si의 최대 흡수 파장, 즉 λm(a-Si)는 520 ㎚이고;The maximum absorption wavelength of amorphous silicon a-Si, ie λ m (a-Si), is 520 nm;
- 미소결정질 규소 μc-Si의 최대 흡수 파장, 즉 λm(μc-Si)는 720 nm이며;The maximum absorption wavelength of the microcrystalline silicon μc-Si, ie λ m (μc-Si), is 720 nm;
- 텔루르화카드뮴 CdTe의 최대 흡수 파장, 즉 λm(CdTe)는 600 ㎚이다.The maximum absorption wavelength of cadmium telluride CdTe, ie λ m (CdTe), is 600 nm.
스택의 광학적 경로의 1차 근사법에서는, 상기 최대 흡수 파장 λm이면 충분하다.In the first order approximation of the optical path of the stack, the maximum absorption wavelength λ m is sufficient.
그러므로, 기재의 방향으로 금속성 기능층(40) 아래에 배치된 반사방지 코팅(20)은 광전 물질의 최대 흡수 파장 λm의 대략 ⅛의 광학 두께를 가지며, 기재로부터 반대측 상에서 금속성 기능층(40) 위에 배치된 반사방지 코팅(60)은 광전 물질의 최대 흡수 파장 λm의 대략 ½의 광학 두께를 갖는다.Therefore, the
하기 표 1은 각각의 코팅(20, 60) 및 상기 3종의 물질에 대한 광학 두께의 바람직한 범위를 ㎚ 단위로 요약해서 나타낸 것이다.Table 1 below summarizes the preferred range of optical thicknesses for each of the
표 1TABLE 1
그러나, 개선된 실제 수율을 얻기 위해 양자 효율을 고려하여 지구 표면에서의 태양광의 파장 분포와 이 확률을 관련시킴으로써 스택의 광학적 형성을 개선할 수 있는 것으로 밝혀졌다. 여기서, 정규화된 태양 스펙트럼 AM1.5를 사용하였다.However, it has been found that the optical formation of the stack can be improved by correlating this probability with the wavelength distribution of sunlight at the Earth's surface, taking into account quantum efficiency to obtain improved real yields. Here, normalized solar spectrum AM1.5 was used.
이 경우에, 기재의 방향으로 금속성 기능층(40) 아래에 배치된 반사방지 코팅(20)은 광전 물질의 흡수 스펙트럼과 태양 스펙트럼의 곱의 최대 파장 λM의 대략 ⅛의 광학 두께를 갖고, 기재로부터 반대측 상에서 금속성 기능층(40) 위에 배치된 반사방지 코팅(60)은 광전 물질의 흡수 스펙트럼과 태양 스펙트럼의 곱의 최대 파장 λM의 대략 ½의 광학 두께를 갖는다.In this case, the
도 4를 통해 알 수 있는 바와 같이, 광전 물질의 흡수 스펙트럼과 태양 스펙트럼의 곱의 최대 파장 λM, 즉 수율이 최대일 때의 파장(즉, 최대값일 때의 파장)은 다음과 같다:As can be seen from FIG. 4, the maximum wavelength λ M of the product of the absorption spectrum and the solar spectrum of the photovoltaic material, ie the wavelength when the yield is maximum (ie the wavelength when the maximum value) is as follows:
- 비정질 규소 a-Si의 최대 파장, 즉 λM(a-Si)는 530 ㎚이고;The maximum wavelength of amorphous silicon a-Si, ie λ M (a-Si), is 530 nm;
- 미소결정질 규소 μc-Si의 최대 파장, 즉 λM(μc-Si)는 670 nm이며;The maximum wavelength of the microcrystalline silicon μc-Si, ie λ M (μc-Si), is 670 nm;
- 텔루르화카드뮴 CdTe의 최대 파장, 즉 λM(CdTe)는 610 ㎚이다.The maximum wavelength of cadmium telluride CdTe, ie λ M (CdTe), is 610 nm.
하기 표 2는 각각의 코팅(20, 60) 및 상기 3종의 물질에 대한 광학 두께의 바람직한 범위를 nm 단위로 요약한 것이다.Table 2 below summarizes the preferred range of optical thicknesses for each
표 2TABLE 2
모든 실시예에서, 산화규소 기재의 베이스 반사방지층(22)이 기재 상에 직접 침착되었다. 상기 층의 굴절률 n15가 낮고 기재의 굴절률과 비슷하기 때문에, 상기 층의 광학 두께는 본 발명에 따른 스택의 광학 경로를 정의할 때 고려하지 않았다.In all embodiments, the base antireflective layer 22 of the silicon oxide substrate was deposited directly on the substrate. Since the refractive index n 15 of the layer is low and similar to that of the substrate, the optical thickness of the layer was not taken into account when defining the optical path of the stack according to the invention.
상기 층들은 저방사율 또는 태양광 조절 용도에 사용되는 것과 유사한 방식으로 적층되기 때문에 상기 층들을 침착시키는 조건은 당업자에게 공지되어 있다.The conditions for depositing the layers are known to those skilled in the art because the layers are stacked in a manner similar to that used for low emissivity or solar control applications.
이 점에 대해서, 당업자들은 특허 출원 EP 718 250, EP 847 965, EP 1 366 001, EP 1 412 300 또는 EP 722 913을 참조할 수 있다.In this regard, those skilled in the art can refer to patent applications EP 718 250, EP 847 965,
하기 표 3은 실시예 1 및 2 각각에서 상기 층들 각각의 물질 및 나노미터 단위로 측정한 물리적 두께를 요약한 것이며, 하기 표 4는 실시예 1 및 2의 주요 특징을 제시한 것이다.Table 3 below summarizes the physical thicknesses measured in nanometers and material of each of the layers in Examples 1 and 2, respectively, and Table 4 below presents the main features of Examples 1 and 2.
성능 특성 P는 소위 "TSQE" 방법에 의해 계산된 것으로서, 여기서는 해당하는 전체 방사선 범위에 걸친 스펙트럼의 적분값과 전지의 양자 효율 QE의 곱이 사용된다.The performance characteristic P is calculated by the so-called "TSQE" method, where the product of the integral value of the spectrum over the corresponding entire radiation range and the quantum efficiency QE of the cell is used.
광 반사 특성 RL은 발광체 D65 하에서 측정된다. The light reflection property R L is measured under light emitter D 65 .
실시예 1 및 2를 각각 도 5에 도시된 바에 따라 제조된 전지의 작동중에(특히 정전기장의 존재하에) 발생된 스트레스에 대한 전극 코팅의 내성을 측정하기 위해 테스트하였다.Examples 1 and 2 were each tested to determine the resistance of the electrode coating to stresses generated during operation (especially in the presence of an electrostatic field) of a cell prepared as shown in FIG. 5.
이러한 테스트를 위해서, 기재(10, 10')의 일부분, 예를 들면 5 ㎝ × 5 ㎝ 치수이고 전극 코팅(100, 100')으로 각각 코팅되지만 광전 물질(200)이 없는 부분을 약 200℃에서 열원(6) 상에 배치된 금속판(5) 상에 침착시켰다.For this test, a portion of the
테스트는 전극 코팅(100, 100')으로 코팅된 기재(10, 10')에 전기장을 20분 동안 가하고, 상기 코팅의 표면 상에 전기 접속부(102)를 생성시키며, 상기 접속부(102)와 상기 금속판(5)을 약 200V 하에 DC 전류를 전달하는 전원(7)의 단자에 접속시키는 것을 포함하였다.The test applies an electric field for 20 minutes to the
테스트 말엽에, 일단 표본을 냉각시킨 다음, 표본의 전체 표면에 대하여 남아있는 코팅의 백분율을 측정하였다.At the end of the test, the sample was once cooled and the percentage of coating remaining relative to the entire surface of the sample was measured.
내성 테스트 후에 남아있는 코팅의 백분율을 %CR로 표시하였다.The percentage of coating remaining after the resistance test was expressed as% CR.
또한, 선행 시험과 독립적으로, 실시예 2에서는 약 620℃의 온도로 6분동안 어닐링하고 대기를 갑작스럽게 냉각(20℃)시키는 것으로 이루어지는 열 처리(HT)를 실시하여 강화 작업을 시뮬레이션하였다. 이 열처리 후에 측정된 데이타가 이하의 표 4의 마지막 칼럼에 주어진다. 따라서, 적용된 열 처리는 카드뮴계 광전 코팅을 침착시키기 위한 공정의 맥락 내에 전극 코팅에 가해지는 통상의 열 처리보다 스트레스가 더 크다.In addition, independently of the preceding test, in Example 2, the strengthening operation was simulated by performing a heat treatment (HT) consisting of annealing at a temperature of about 620 ° C. for 6 minutes and suddenly cooling the atmosphere (20 ° C.). The data measured after this heat treatment are given in the last column of Table 4 below. Thus, the applied heat treatment is more stressful than conventional heat treatment applied to the electrode coating within the context of the process for depositing the cadmium-based photoelectric coating.
표 3TABLE 3
표 4Table 4
실시예 2에서, 금속성 기능층 위의 코팅(60)의 광학 두께는 291 nm(= 135×2 + 10×2.1)이고, 금속성 기능층 아래의 코팅(20)의 광학 두께는 78.8 nm(= 27×2.4 + 7×2)이다.In Example 2, the optical thickness of the
이 실시예는, 박막 스택으로 이루어지고, 동일한 물질로 코팅된 TCO 전극 코팅(실시예 1)보다 더 우수한 □당 저항 R□(-2.6 ohms/□)과 더 우수한 성능 P(+0.2%)를 갖는 텔루르화카드뮴으로 코팅된 전극 코팅을 얻는 것이 가능함을 보여준다. 실시예 2의 코팅들(20 및 60)의 광학 두께는 표 1 및 표 2에 따라 CdTe 광전 물질(200)에 대해 추천되는 범위 내에 포함된다.This example has a better resistivity R □ (−2.6 ohms / □) and better performance P (+ 0.2%) than the TCO electrode coating (Example 1) coated with the same material and made of a thin film stack. It is shown that it is possible to obtain an electrode coating coated with cadmium telluride having. Optical thicknesses of the
카드뮴계 광전 물질, 특히 CdTe와 CdS를 조합한 광전 물질의 용도는 이 광전 물질의 가공이 300℃ 내지 700℃의 온도에서 제어된 비산화 대기에서 일반적으로 수행되는 단계를 필요로하기 때문에 전극 코팅이 열 처리를 견딜 것을 필요로 한다.The use of cadmium-based photovoltaic materials, in particular photovoltaic materials in combination with CdTe and CdS, requires electrode coating because the processing of this photovoltaic material requires a step which is generally carried out in a controlled non-oxidizing atmosphere at temperatures between 300 ° C and 700 ° C. It needs to withstand heat treatment.
놀랍게도, 일반적으로 강화 대기가 제어되지 않았다고 해도 이 단계는 차량 또는 빌딩을 위한 유리 기재 분야의 당업자에게 공지된 강화 단계와 매우 유사하다는 것이 밝혀졌다.Surprisingly, it has been found that this step is very similar to the reinforcing step known to those skilled in the art of glass substrates for vehicles or buildings, even though the atmosphere of intensification is generally not controlled.
따라서, 광전 물질이 카드뮴 기재인 경우 "강화 가능한" 스택 또는 "강화시킬" 스택이라고 불리는, 강화 열 처리를 견디는 차량 또는 빌딩 용도에 공지된 박막 스택을 선택하는 것이 특히 유리하다.Thus, it is particularly advantageous to select thin film stacks known for vehicle or building applications that withstand hardening heat treatments, referred to as "reinforceable" stacks or "to strengthen" stacks when the photovoltaic material is cadmium based.
예를 들어, 실시예 2는 인가된 열 처리 동안 데이타의 변동이 경미하다는 것을 보여준다. 그러므로, 선택된 스택은 "강화 가능한" 것으로 간주될 수 있다.For example, Example 2 shows that the variation of data during the applied heat treatment is minor. Therefore, the selected stack may be considered "enhanced."
또한, 본 발명의 문맥 내에서 전극 코팅을 형성하는 박막 스택은, 열 처리 전 후 양자 모두에, 광전 물질을 갖지 않는 TCO 전극 코팅의 광반사율 보다 더 낮은 광전 물질 미함유시의 광반사율을 갖는다는 점을 언급할 가치가 있다.In addition, within the context of the present invention, the thin film stack forming the electrode coating has a light reflectance at the absence of photoelectric material, which is lower than the light reflectivity of the TCO electrode coating without photoelectric material, both before and after heat treatment. It is worth mentioning the point.
도 6은 단면에서 보았을 때, 입사 방사선(R)이 침투하는 본 발명에 따른 전면 기재(10), 및 배면판 기재(20)를 구비한 광전지(1)를 도시한 것이다.FIG. 6 shows a
예를 들면, 비정질 규소 또는 결정질 또는 미소결정질 규소 또는 텔루르화 카드뮴 또는 구리 인듐 디셀레나이드(CuInSe2 또는 CIS) 또는 구리 인듐 갈륨 셀레늄으로 만들어진 광전 물질(200)이 이들 두 기재 사이에 배치된다. 이것은 n-도핑된 반도체 물질의 층(220) 및 p-도핑된 반도체 물질의 층(240)으로 이루어져 전류를 생성할 것이다. 각각, 한편으로는 전면 기재(10)와 n-도핑된 반도체 물질의 층(220) 사이에, 다른 한편으로는 p-도핑된 반도체 물질의 층(240)과 배면판 기재(20) 사이에 삽입된 전극 코팅(100, 300)이 전기적 구조물을 완성한다.For example, a
전극 코팅(300)은 은 또는 알루미늄 기재이거나, 하나 이상의 금속성 기능층을 가진 본 발명에 따른 박막 스택으로 이루어질 수도 있다.The
이상에서는 실시예에 의거하여 본 발명을 설명하였다. 물론, 당업자라면 첨부된 특허청구범위에 의해서 정해지는 본 발명의 보호 범위를 벗어나는 일 없이 본 발명의 다양한 변형예들을 실시할 수 있을 것이다.In the above, this invention was demonstrated based on the Example. Of course, those skilled in the art will be able to practice various modifications of the invention without departing from the scope of the invention as defined by the appended claims.
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